3480

Физика среды и ограждающих конструкций, Строительная теплофизика

Контрольная

Физика

Физика среды и ограждающих конструкций. Среда и ее воздействие на объекты строительства. Воздушная среда и ее параметры. Водная среда и ее параметры. Климатические факторы. Влияние среды на долговечность строительных конструкций...

Русский

2015-01-16

206 KB

120 чел.

Физика среды и ограждающих конструкций

1. Среда и ее воздействие на объекты строительства

1.1. Воздушная среда и ее параметры.

1.2. Водная среда и ее параметры.

1.3. Климатические факторы.

1.4. Влияние среды на долговечность строительных конструкций.

2. Строительная теплофизика

2.1. Здание как единая энергетическая система.

2.2. Основы теплопередачи.

2.3. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.

2.4. Теплопередача в нестационарных условиях и теплоустойчивость ограждающих конструкций.

3. Влажностный режим ограждающих конструкций

3.1. Вода и ее свойства.

3.2. Передвижение влаги и воздуха в строительных конструкциях.

3.3. Регулирование влажностного режима ограждающих конструкций.

4. Строительная акустика

4.1. Основные понятия.

4.2. Звукоизоляция ограждающих конструкций.

4.3. Архитектурно-планировочные методы борьбы с шумом.

4.4. Акустика помещений.

5. Освещение помещений

5.1. Естественное освещение.

5.2. Совмещенное освещение помещений.

5.3. Инсоляция и солнцезащита.  


ВВЕДЕНИЕ

Комфорт  помещений  определяется  самочувствием  человека.  Факторы, влияющие на комфорт помещения:

  •  тепловой режим;
  •  влажностный режим;
  •  воздушный режим (чистота воздуха и воздухопроницаемость конструкций);
  •  шумовой режим;
  •  световой режим;
  •  инсоляция.

Это наиболее общие факторы, определяющие комфорт во всех зданиях. В зрелищных зданиях к ним добавляются акустика помещений, обеспечивающая красоту звучания и разборчивость речи, а также видимость и зрительное восприятие. Во всех типах зданий к перечисленным факторам можно добавить факторы психофизического комфорта, такие как связь с внешней средой или защищенность от внешних влияний, пожарная безопасность, безопасная эвакуация людей из зданий и комфортное движение людских потоков.

Кроме этих факторов существует ряд недостаточно изученных факторов, действующих в течение длительного времени, таких как геопатогенные зоны Земли, действие сверхмалых доз радиоактивного излучения строительных материалов, электромагнитное излучение бытовых приборов, влияния радона и др. Некоторые из них, такие как влияние радона, уже внесены в Нормы. Другие еще нуждаются в дополнительных исследованиях, но принимать их во внимание необходимо.

Такие разделы курса «Физика среды и ограждающих конструкций», как «Свет и цвет в архитектуре», «Искусственное освещение интерьеров зданий и городов», относятся к специальным вопросам архитектурного проектирования и рассматриваются отдельно, в рамках специального курса для инженеров-архитекторов.

КЛИМАТ И АРХИТЕКТУРА

1. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ

1.1. Климат

Климатология (от климат и логия) — наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т.к. изучение климата сводилось к рассмотрению его с географической точки зрения. Сейчас климатология представляет собой мультидисциплинарную науку - самостоятельный раздел наук об атмосфере.

Содержанием климатологии является фактический материал о типах климата на земном шаре, полученный из статистической обработки многолетних метеорологических наблюдений. Учение о происхождении климата, его обусловленности опирается, прежде всего,  на представления о тепловом и водном балансе земной поверхности, процессах общей циркуляции атмосферы и водной среды. Большое практическое значение климатологии явилось причиной возникновения ряда прикладных климатологических дисциплин, пограничных с др. науками. Сюда в частности относится строительная климатология — учение о влиянии климата на характер строительных конструкций. От климата зависят нагрузки на сооружения (ветровая, снеговая, давление льда), долговечность конструкций (обусловленная, главным образом, разрушающим воздействием капиллярной воды при замерзании, сменой температур и солнечным облучением).

Начальные представления о климате и его закономерностях сложились ещё в Древней Греции, где климат считали зависимым  от угла наклона солнечных лучей к поверхности Земли (рис. 1.1), поэтому в переводе с древнегреческого климат означает наклон.

Рис. 1.1. Схема падения солнечных лучей на поверхность Земли:

Z0угол отклонения от зенита, град.; Н0 - угловая высота Солнца, град

Предполагалось, что чем меньше угол Zo, тем выше температура поверхности Земли. Поэтому климат делился по широте земли на холодный, умеренный и жаркий.

Однако при одной и той же широте характер климата может значительно различаться. Примерами могут служить: Лондон, Оренбург , Новосибирск и лругие (табл. 1),

Таблица 1

Различие климатических условий городов, расположенных на одной широте

Город

Лондон

Оренбург

Новосибирск

Северная широта

51° 30′ 26″

51° 46′ 00″

55° 02′  00″

Среднегодовая температура, °С

10,9

5,3

1,8

Среднемесячная температура июля, °С

23,0

29,0

25,0

Среднемесячная температура января, °С

2,0

-15,5

-19,6

Максимальная температура, °С

37,9

41,6

37,0

Минимальная температура, °С

-9,6

-43,2

-51,1

Климат в Лондоне  отличается мягкостью и умеренностью в течение всего года. Летом здесь тепло, но редко бывает жарко. Зимой прохладно, но не морозно. Городской массив создает собственный микроклимат. Мягкость климатических условий связана с наличием тёплого Северо-Атлантического течения, омывающего западное побережье Европы. Ветры, дующие с Атлантического океана, летом приносят прохладу, а зимой — тепло.

Новосибирск находится в континентальной климатической зоне; среднегодовая температура воздуха +1,8 °C. Для города характерны большие колебания среднемесячных (38 °C) и абсолютных (88 °C) температур воздуха.

В 17 и 18 вв. появляются первые описания климатов на базе инструментальных метеорологических наблюдений. Э. Галлей1 в Великобритании и М. В. Ломоносов в России высказывают первые соображения о влиянии атмосферной циркуляции на климат. В начале 19 века немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт2 положил начало систематическому описанию и объяснению климатов Земли и построил первые климатические карты. Во 2-й половине 19 в. климатологические исследования стали планомерными и с особым успехом развивались в России, где были сосредоточены в открытой в 1849 Главной физической обсерватории под руководством Г. И. Вильда. В это же время А. И. Воейков выполнил ряд исследований, в которых стремился обосновать как географические закономерности, так и геофизическую природу климата. Среди учёных, последователей Воейкова — А. А. Каминский (исследования по ветровому режиму и влагообороту), Л. С. Берг  (работы в области палеоклиматологии и биоклиматологии, а также по классификации климатов Земли, основанной на выделении климатических зон), В. Ю. Визе и др. Ряд важных климатологических закономерностей был установлен и за рубежом. Климатолог В. Кеппен разработал в 1900—20 широко распространённую до сих пор классификацию климатов земного шара, основанную на выделении климатических зон по соотношению годичных режимов приземной температуры воздуха и осадков, а также заложил основы исследований связи климата с солнечной активностью. Австрийских климатолог Ю. Ханн в конце 19 в. составил трёхтомную монографию "Руководство по климатологии" (т. 1 опубликован в 1883) и провёл большое количество региональных исследований.

Приток солнечной радиации является одним из важнейших факторов, определяющих климат на поверхности Земли. Однако тепло на поверхность может поступать не только от Солнца, но и переноситься из различных районов Земли путем циркуляции воздуха. В холодное время года воздушными течениями тепло переносится с поверхности морей и океанов, так как вода медленно нагревается, но и сохраняет тепло дольше, чем суша. По этой причине осень на побережье теплее, чем на материке, а весна - холоднее.

На климат влияют:

1) теплые и холодные течения в морях и океанах (например, Гольфстрим смягчает климат Европы и даже Западной Сибири);

2) процессы испарения и конденсации влаги (облака, снижение интенсивности солнечной радиации, охлаждение воздуха при испарении);

3) горы и крупный рельеф местности (создают особый горный климата, который зависит от:

- высоты над уровнем моря,

- ориентации склонов по сторонам света и по отношению к потокам воздуха, несущим  влагу. Многие горные хребты являются климатическими границами. Например, Кавказский хребет преграждает зимой путь холодным ветрам с севера и востока и препятствует оттоку теплого воздуха, нагретого морем;

- наличия ледников);

4) озера, реки, моря (из-за высокой тепловой инерции); в
Арктике и Антарктике, несмотря на большое количество приходящего от
Солнца тепла, температура редко бывает положительна, так как большая
часть солнечной радиации или отражается, или затрачивается на таяние
льда и снега.

1.2. Методы строительной климатологии

1. Метеорологические наблюдения.

1.1. Метеорологические станции осуществляют регулярные записи температуры, влажности, скорости и направления ветра, количества осадков.

1.2. Актинометрические станции кроме перечисленных наблюдений проводят запись суммарной и рассеянной солнечной радиации, ведут статистику облачности.

1.3. Геофизические станции проводят сейсмологические и метеорологические наблюдения.

1.4. Станции наблюдения за световым климатом ведут статистику уровней освещенности горизонтальной поверхности под открытым небом.

2. Расчетные методы, учитывающие локальные наблюдения и распространяющие их на требуемые территории. Например, светоклиматические наблюдения (записи освещенности, солнечной радиации, облачности). Были определены световые эквиваленты солнечной радиации и сделаны расчеты статистического хода освещенности для определенных пунктов.

3. Статистические методы, позволяющие определять закономерности по имеющимся данным.

1.3. Климатические факторы, влияющие на проектирование и строительство зданий

  1.  Температура наружного воздуха.
  2.  Влажность наружного воздуха.
  3.  Ветер, его направление и скорость.
  4.  Солнечная радиация на различно ориентированных поверхностях для различных широт.
  5.  Дневной и годовой ход естественной освещенности (диффузной и суммарной), яркость ясного неба и статистическая яркость неба.
  6.  Облачность, вероятность пасмурного, полуясного и ясного неба.
  7.  Статистика дождевых и снеговых осадков, снеговые нагрузки, вероятность и объем снегопереноса.
  8.  Глубина промерзания грунтов.

1.4. Климат России и его влияние на архитектуру зданий

Для основных городов России среднестатистические значения температуры, влажности воздуха направления и скорости ветра представлены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». Условно в зависимости от средней температуры в течение дня погоду подразделяют на:

- очень холодную  (t < -12 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- холодную  (t < 8 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- прохладную (t=8...15 °С);

- теплую (t=16...28 °С);

- жаркую (t>28 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха);

- очень жаркую (t>32 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха).

Продолжительность характерных видов погоды в течение года определяет основные черты климата местности.

Так, например, в городе Сочи в течение четырех месяцев в году (с июня по сентябрь) стоит жаркая погода и необходимо ограничение перегрева помещений с помощью солнцезащитных устройств и искусственного охлаждения воздуха. В остальные месяцы – погода теплая и практически не требуется постоянного отопления, а только в случаях непредвиденного понижения температуры воздуха.

Тип здания должен устанавливаться с учетом защиты помещений от перегрева в жаркий период года. Целесообразны открытые помещения, озеленение и обводнение вокруг зданий. Необходимы солнцезащита и искусственное охлаждение. Ориентация продольных фасадов должна быть широтной (С-Ю) с расположением в северной части обслуживающих и коммуникационных помещений, лестниц, кухонь и т.п., а в южной части - большей части жилых комнат.

Климат в г. Якутске резко континентальный. В течение 7 месяцев в году требуется отопление, причем в течение трех месяцев погода очень холодная, неблагоприятно воздействующая на человека. В течение трех месяцев в году погода очень жаркая, требующая ограничения перегрева и искусственного охлаждения. Все это необходимо учитывать при проектировании, применять двойные тамбуры, закрытые переходы между домами и другие специальные мероприятия.

Схематическая карта климатического районирования для строительства приведена. Согласно этой карте, территория России разделена на IV пояса с подрайонами. По этой карте и таблицам в СНиП «Строительная климатология» выявляются сезоны года, определяющие тип зданий в данной местности.

1 Э́дмунд (Э́дмонд) Галле́й (1656-1742) — английский астроном, геофизик, математик, метеоролог, физик и демограф. 

2 Фридрих Вильгельм Генрих Алекса́ндр Фрайгерр фон Гу́мбольдт (1769-1859) – немецкий ученый, физик, метеоролог, географ, ботаник, зоолог и путешественник, младший брат учёного Вильгельма фон Гумбольдта. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83628. Требования нормами технологического проектирования и САНПИНом к городским подстанциям и электрическим сетям 32.97 KB
  Нормами технологического проектирования к городским ПС и электрическим сетям рассматриваются и регламентируются следующие разделы: 1 Общие положения общие указания обьем и состав проектной документации 2 Расчетные электрические нагрузки расчетные электрические нагрузки жилых зданий электрические нагрузки общественных зданий и промышленных предприятий электрические нагрузки распределительных линий до 1 кВ электрические нагрузки сетей 106 кВ и ЦП укрупненные показатели расхода электроэнергии коммунальнобытовых потребителей 3...
83629. Очерёдность выполнения чертежей «План и разрезы подстанции и плана фундаментов» и что отражено на этих чертежах 28.85 KB
  В рабочие чертежи включают: 1 общие данные по рабочим чертежам; 2 принципиальную схему главных цепей; 3 принципиальные полные схемы релейной защиты управления измерения сигнализации и т.; 4 планы расположения электрооборудования ошиновки и прокладки сетей заземления; 5 планы прокладки электрических сетей; 6 схемы таблицы подключения; 7 кабельный журнал; 8 рабочую документацию задания МЭЗ; 9 эскизные чертежи общего вида НКУ. На схеме указывают: 1 номинальное напряжение сборных шин; 2 типы номинальные токи и сопротивление...
83630. Перечислить основные виды спецификаций и что отражает экспликация на чертеже 30.3 KB
  Описание спецификации дается в ГОСТ 2. Над основной надписью помещаются графы спецификации. В основной надписи спецификации указывают наименование сборочной единицы масштаб ее изображения. Спецификации первого типа чаще используются в конструкторскотехнологических подразделениях а второго на сборочных участках и при работе по заказам.
83631. Перечислить мероприятия предотвращающие электромагнитную наводку на кабели в ОРУ и устройства в ЗРУ 29.45 KB
  Должны выполняться мероприятия исключающие электростатические и электромагнитные наводки на металлических элементах расположенных в помещениях аккумуляторных батарей а также заносы туда высоких потенциалов. Для защиты от электростатической индукции на указанных элементах достаточно надежно присоединить к общему заземляющему устройству электростанций и подстанций гладкие трубы в помещениях аккумуляторных батарей предназначенные для отопления и выдержать расстояния от токоведущих шин до частей здания и других заземленных элементов не менее...
83632. Назначение кабельного журнала и что отражено на листах кабельного журнала 30.27 KB
  В кабельном журнале описывается маркировка каждого кабеля откуда и куда он идет его марка длина кабельной линии и его назначение. Назначение: Всю необходимую информацию о кабелях можно представить непосредственно на схемах: можно указать марку длину способ прокладки кабеля. Однако при построении достаточно большой системы во избежание перегруженности чертежей удобнее вынести эти данные в отдельную таблицу оставив на схемах лишь присвоенные кабелям обозначения. Во время монтажа в кабельный журнал заносятся следующие сведения: номер...
83633. Выполнение чертежей оперативной блокировки на ПС. Что должно быть отражено на чертеже. Какие виды блокировки коммутационных оборудований используются на ПС 30.11 KB
  Основные требования к оперативной блокировке: Блокзамки блокировки должны запирать приводы разъединителей только в крайних положениях включено и отключено; они не должны запирать привод разъединителя в промежуточном положении; Оперативная блокировка не должна давать ложное разрешение на операции с разъединителями при исчезновении напряжения оперативного тока или неисправностях самой оперативной блокировки. Механическая блокировка это блокировка непосредственного действия которая может быть выполнена на близко...
83634. Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках 161 KB
  Для концентрации магнитного поля и придания ему желаемой конфигурации отдельные части электротехнических устройств выполняются из ферромагнитных материалов. Векторные величины характеризующие магнитное поле Наименование Обозначение Единицы измерения Определение Вектор магнитной индукции Тл тесла Векторная величина характеризующая силовое действие магнитного поля на ток по закону Ампера Вектор намагниченности А м Магнитный момент единицы объема вещества Вектор напряженности магнитного поля А м где Гн м магнитная постоянная Основные...
83635. Общая характеристика задач и методов расчета магнитных цепей 128 KB
  При этом для наглядности можно составить эквивалентную электрическую схему замещения исходной магнитной цепи с использованием которой выполняется расчет. При расчете магнитных цепей на практике встречаются две типичные задачи: задача определения величины намагничивающей силы НС необходимой для создания заданного магнитного потока заданной магнитной индукции на каком либо участке магнитопровода задача синтеза или ldquo;прямаяldquo; задача; задача нахождения потоков магнитных индукций на отдельных участках цепи по заданным...
83636. Нелинейные цепи переменного тока в стационарных режимах 136.5 KB
  Когда постоянная времени нагрева τ одного порядка с Т соотношения между переменными составляюшими напряжения и тока являются более сложными определяющими сдвиг по фазе между ними. Другой важной особенностью нелинейных элементов в цепи переменного тока является вызываемое ими появление высших гармоник даже при наличии в цепи только источников синусоидального напряжения и или тока. На этом принципе строится например ряд умножителей частоты а также преобразователей формы тока или напряжения.